какие химические примеси в металле сварного шва снижают его пластические свойства ответ

Влияние химического состава металла шва на качество сварного соединения

Ко второй группе дефектов, которую назовем дефектами формирования шва, относятся непровары, подрезы, наплывы, прожоги, кратеры, несимметричность расположения угловых швов, уменьшение размеров швов и др.

Возникновение подобных дефектов обычно обусловлено неправильным технологическим процессом, нарушением режимов сварки, неисправностью оборудования, низкой квалификацией исполнителей, некачественной подготовкой и сборкой под сварку элементов конструкции, неточным расположением конца электродов по отношению к свариваемым кромкам, недоступностью места сварки и возникающим из-за этого неудобством выполнения сварочных манипуляций, а также другими причинами, связанными с культурой производства.

Кристаллизационными трещинами, горячими или холодными (ГТ, ХТ), называют макроскопические и микроскопические несплошности, имеющие характер надреза и зарождающиеся в процессе первичной кристаллизации металла сварного шва.

В зависимости от ориентации по отношению к оси шва кристаллизационные трещины бывают продольными и поперечными (см. рис. 1). Продольные трещины могут располагаться по оси шва в месте стыка столбчатых кристаллитов или между соседними кристаллитами, поперечные трещины – между соседними кристаллитами. Иногда наблюдаются дефекты, являющиеся комбинацией продольных и поперечных трещин.

Рисунок 2 – Кристаллизационные трещины в металле шва:

а – продольная; б – поперечная; в — продольная и поперечные

Трещины в подавляющем большинстве случаев являются недопустимым дефектом, так как служат причиной хрупкого, усталостного и коррозионного разрушения конструкции или детали в процессе изготовления или эксплуатации. Кристаллизационные трещины являются одним из основных видов брака при сварке.

При разработке технологии сварки следует учитывать, что стойкость металла шва против кристаллизационных трещин (технологическая прочность металла шва) зависит от следующих факторов:

• величины и скорости нарастания действующих в процессе кристаллизации металла шва растягивающих напряжений;

• химического состава металла шва, определяющего свойства его в период кристаллизации и длительность пребывания в состоянии, характеризуемом пониженной пластичностью;

• формы сварочной ванны, определяющей направление роста столбчатых кристаллитов, характер их смыкания между собой, расположение межкристаллитных участков по отношению к растягивающим напряжениям и характер изменения пластической деформации.

Образование трещин в начале и конце шва обусловлено тем, что нежесткие выводные планки не могут удержать концы листов от расхождения. Радикальной мерой предотвращения таких трещин является надежное закрепление концов свариваемых деталей в приспособлении или увеличение жесткости выводных планок.

Химический состав металла шва оказывает первостепенное влияние на его стойкость против кристаллизационных трещин. Все элементы, входящие в состав металла шва, условно могут быть отнесены к трем основным группам.

Первая группа – элементы, присутствие которых снижает стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. Такие элементы принято называть вредными.

Вторая группа – элементы, которые в зависимости от их сочетания и концентрации оказывают положительное (полезные примеси) или отрицательное (вредные примеси) влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.

Третья группа – элементы, присутствие которых не оказывает влияния на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.

Сера – вредная примесь. Повышение содержания серы в металле шва резко снижает его стойкость против кристаллизационных трещин. Сера практически нерастворима в твердом железе, а поэтому находится в швах на стали в виде неметаллических сульфидных включений. Содержание серы в конструкционных сталях не должно превышать 0,05 %, а обычно составляет 0,03–0,04%.

Фосфор часто оказывает вредное влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и приводит к резкому снижению ударной вязкости металла, особенно при пониженных температурах. Фосфор попадает в металл шва из основного и электродного металлов и из материалов, входящих в состав покрытий и флюсов. В конструкционных углеродистых сталях содержание фосфора допускается не более 0,055%, а в легированных сталях – не более 0,03%. Согласно ГОСТ 2246–70 содержание фосфора в сварочной проволоке не должно превышать 0,04%. В электродное покрытие и флюс фосфор попадает в основном с марганцевой рудой.

Углерод является важнейшим элементом, определяющим структуру и свойства металла шва, его прочность и поведение при эксплуатации. Вместе с тем углерод оказывает резко отрицательное влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.

Кремнийспособствует образованию кристаллизационных трещин в швах на углеродистых сталях. Оптимальное содержание кремния зависит от способа сварки, типа шва и состава основного металла и при сварке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей колеблется в пределах 0,15–0,6%.

Никельпри небольших концентрациях в металле шва не оказывает влияния на стойкость его против возникновения кристаллизационных трещин. Никель является ценным легирующим элементом. Растворяясь в феррите, он повышает прочность и ударную вязкость металла шва при обычных и пониженных температурах при сохранении высокой пластичности.

Марганецуменьшает вредное влияние серы, повышая стойкость шва на углеродистых, низколегированных и хромоникелевых аустенитных сталях против образования кристаллизационных трещин. Марганец является постоянной составляющей стали, и, растворяясь в феррите, он повышает его прочность. Марганец поступает в металл шва из основного и дополнительного металлов, а также из материалов, входящих в состав покрытия или флюса.

Хром, подобно марганцу, уменьшает вредное влияние серы, повышая стойкость швов против образования кристаллизационных трещин.

Кислородповышает стойкость швов против образования кристаллизационных трещин, вызываемых серой. Вместе с тем повышение содержания кислорода снижает ударную вязкость металла шва на углеродистых и низколегированных конструкционных сталях и уменьшает пластичность аустенитных швов.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА ШВА

Легирование позволяет достаточно эффективно регулиро­вать механические свойства металла изменением морфологии, распределения и дисперсности структурных составляющих, изменением состава и состояния границ зерен.

Большинство исследователей рассматривает влияние леги­рующих элементов на свойства металла при одинарном леги­ровании [10, 16, 13, 19, 197, 45, 46, 200].

Известно, что существенное влияние на ударную вязкость при отрицательных температурах оказывают марганец и крем­ний. Система легирования на основе марганца и кремния явля­ется традиционной для многих сварочных электродов общего назначения.

Установлено, что увеличение содержания в металле шва марганца от 0,6 до 1,8 % повышает его ударную вязкость, осо­бенно при низких температурах (рис. 4.1), что вызвано умень­шением размера зерна примерно в 1,4-1,5 раза (рис. 4.2), а также связыванием серы в сульфид марганца [31, 35]. Немину­емым следствием повышения содержания марганца является возрастание прочности и увеличение склонности металла шва к закалке [187]. Поэтому авторы [187, 151] рекомендуют огра­ничить содержание марганца в шве 1,5 %.

Увеличение содержания кремния в металле шва до 0,6­0,8 % приводит к формированию структуры верхнего бейнита по границам зерен, что связано с замедлением процессов кар­бидообразования [110]. Сварные швы с такой структурой обла­дают наиболее низкими значениями ударной вязкости.

Авторы [66, 19, 98, 151, 149] считают, что для получения вы­соких механических свойств металла шва должно выполняться соотношение:

Mn, %/Si, % 0,02 %) вызывает снижение вязкопластичес­ких характеристик. Авторами работы [43] было получено повы­шение ударной вязкости металла шва из стали ВСт.3сп в 1,5­2 раза при содержании в покрытии электродов основного ви­да 0,2-0,4 % иттрия и 0,6-1,5 % (по массе) окислов РЗМ (Y2O3, Ce2O3, Ег203). При этом ударная вязкость сильно зави­сит от дисперсности частиц РЗМ: с увеличением дисперснос-

ти снижается стабильность показателей вязкопластических свойств и их средняя величина. Предполагают [43], чем выше дисперсность РЗМ, тем большая часть их нейтрализуется еще на стадии капли и лишь незначительная доля используется для легирования металла шва.

50 %), серы и фосфора, непостоянным химичес­

ким составом лигатур и плохим усвоением РЗМ сварочной ванной.

Кроме того, использование в электродном покрытии РЗМ с целью улучшения хладостойкости сварных швов затруднено и по ряду других причин. Основными из них являются: взаимо­действие РЗМ с компонентами покрытия в процессе изготов­ления и хранения электродов, в результате чего снижается эффективность легирования и модифицирования металла; за­висимость активности РЗМ от окислительного потенциала по­крытия; чувствительность ударной вязкости металла к дис­персности частиц РЗМ.

Никель лишен перечисленных выше недостатков. Из дан­ных [26, 43, 46, 98, 137] следует, что до сих пор отсутствуют научно обоснованные рекомендации по использованию РЗМ для легирования металла шва. К тому же нет простой и на­дежной методики определения окончательного содержания и х в наплавленном металле, что затрудняет проведение исследо­ваний.

Вредное влияние серы и фосфора на хладостойкость стали показано многими авторами [46, 27, 112, 121, 156, 166, 174]. Яв­ляясь одними из наиболее сильно ликвирующих элементов, они вызывают неоднородность состава, структуры и свойств металла шва. Охрупчивающее влияние фосфора проявляется в ослаблении межкристаллических связей в результате обогаще­ния границ зерен элементарным фосфором и образования ме­таллических включений фосфидной эвтектики [166].

Ю. А. Шульте [166] установил, что повышение содержа­ния серы и фосфора в среднеуглеродистой стали на 0,01 % 112

сдвигает критическую температуру хладноломкости пример­но на 15-17 °С (для серы) и 20 °С (для фосфора) в сторону положительных температур. В работах [35, 46, 112, 199] пока­зано, что для получения высоких пластических свойств свар­ных швов содержание серы и фосфора следует ограничить 0,025 %.

Таким образом, высокие и стабильные значения ударной вязкости металла швов хладостойких сталей в наибольшей мере обеспечиваются дополнительным легированием металла никелем в количестве 1,8-2,5 % при минимальном содержании серы и фосфора ( Стойкость сварных соединений | Олег Малолетников | 08.03.2016

Источник

Влияние вредных примесей на качество сварного шва

СЛАЙД 25 Рассмотрим влияние «вредных» примесей на качество сварных соединений, к которым относятся сера, фосфор, кислород, азот, водород, а в некоторых случаях и углерод.

Сера всегда является вредной примесью при сварке металлов, так как она образует относительно легкоплавкие эвтектики Ме-МеS,что создает возможность образования «горячих» или кристаллизационных трещин в металле шва. Ее содержание в металле и в сварочных материалах всегда следует жестко лимитировать.

Снижение вредного влияния серы достигается ее переводом из сульфидов железа в сульфиды с более высокой температурой плавления (MnS; T_пл=1883 К; CaS; Т_пл=2273 К), с тем чтобы она не могла участвовать в процессе кристаллизации, образуя неметаллические включения, еще в жидком металле сварочной ванны (Т_пл=1800 К).

Это достигается при введении в сварочную ванну достаточного количества марганца. Кальций вводят в металл ванны в виде силикокальция через электродные покрытия или порошковую проволоку.

Общее снижение содержания серы в металле при сварке возможно при сильно основных шлаках. Бескислородные фторидные флюсы также способствуют удалению серы из металла в результате образования летучих фторидов металла (FeF₂, FeF₃) и твердых сульфидов:

Сера хорошо удаляется при электрошлаковой сварке и переплаве металлов.

СЛАЙД 26 Фосфор является вредной примесью в металлах, снижающей их пластичность. Так, при кристаллизации стали фосфор образует ряд соединений с железом (Fe₃P, Fe₂P, FeP и FeP₂), отличающихся своей хрупкостью, кристаллы которых могут стать зародышами холодных трещин. Содержание фосфора в металле шва при дуговой сварке понизить практически не удаётся, так как он удаляется в окислительных шлаках, а сварочные шлаки – восстановительные. Концентрация фосфора в шве значительно снижается при электрошлаковой сварке.

СЛАЙД 27 Кислород вредная примесь в металле при сварке, снижающая пластические свойства металла, поэтому при всех видах сварки предусматривается процесс раскисления металла шва до допустимой нормы. Однако при сварке конструкционных сталей следует сохранять некоторую окисленность металла для уменьшения растворимости водорода.

СЛАЙД 28 Азот поглощается металлом сварочной ванны из атмосферы дугового промежутка, в котором он находится, в основном, в атомарном и частично в ионизированном состояниях. Растворимость азота в жидком металле выше, чем в твердом, и в процессе кристаллизации металла шва он может выделяться в газообразном состоянии, образуя поры.

При кристаллизации металла сварочной ванны азот образует почти со всеми металлами соединения – нитриды различной степени устойчивости. Нитриды железа Fe₄N, Fe₂N образуют очень хрупкие игольчатые кристаллы, разрушение которых приводит к зарождению холодных трещин (замедленное разрушение). Из промышленных металлов только медь не дает устойчивых нитридов и поэтому ее можно сваривать в атмосфере азота.

Однако азот не всегда представляет собой вредную примесь и в некоторых сталях аустенитного класса содержание его доводят до 0,3 – 0,4 %.

СЛАЙД 29 Водород является вредной примесью, которая вызывает «водородную хрупкость». Источники водорода при сварке металлов:

· водород, поглощенный металлом из атмосферы дугового заряда;

· водород, растворенный в основном металле.

Водород, поглощенный из атмосферы дугового заряда, в котором он находится в атомарном и ионизированном состояниях, при кристаллизации резко понижает свою растворимость, и выделяясь из металла, вызывает возникновение пор и трещин.

Водород, содержащийся в основном металле, может находиться в состоянии твердого раствора внедрения – диффузионно-подвижный водород, а также находиться в связанном состоянии – гидридный водород. Водород в молекулярном состоянии находится в микронесплошностях металла.

Диффузионно-подвижный водород может перемещаться в металле в результате концентрационной или термической диффузии, создающейся вследствие градиента температур.

В результате образования сварного соединения в условиях высоких градиентов температур возникает неравномерная концентрация водорода, которая может быть устранена последующей термической обработкой.

Для металлов, не образующих гидридов, максимальная концентрация водорода наблюдается вблизи линии сплавления, а для гидридообразующих – в зоне термического влияния. Таким образом, при средней относительно небольшой концентрации водорода в металле в сварном соединении возникают опасные зоны повышенной хрупкости.

СЛАЙД 30 Способами снижения содержания водорода в зоне сварки являются частичное окисление атмосферы в сварочной зоне (сварка в СО₂, использование электродов с руднокислыми покрытиями), снижение парциального давления водорода и создание условий для уменьшения растворимости водорода в жидком металле сварочной ванны (введение во флюсы и покрытия CaF₂, фторидов и хлоридов) в целях связывания водорода в прочные соединения, не растворяющиеся в жидком металле (HF, HCl).

Необходимо проводить тщательную подготовку кромок под сварку, удаляя частично гидратированные оксидные пленки на металле, уменьшать содержание водяных паров в атмосфере дуги путем высушивания защитных газов, прокаливать электродные покрытия и сварочные флюсы перед сваркой.

СЛАЙД 31 Содержание углерода стараются сохранить при сварке низколегированных сталей до 0,25 %. Но углерод представляет собой вредную примесь при сварке специальных сталей и жаропрочных сплавов. Содержание углерода в них должно быть не более 0,03…0,06 %.

В результате взаимодействия с углеродсодержащими веществами в сварочных материалах (СаСО₃ и т.д.) содержание углерода при сварке может подняться выше допустимых пределов.

СЛАЙД 32 Содержание вредных примесей в металле сварного шва регулируется составом металла электродов и проволоки, составом шлака и покрытия электродов, а также защитой зоны сварки от взаимодействия с окружающей средой.

Источник

Какие химические примеси снижают пластические свойства сварного шва

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Ко второй группе дефектов, которую назовем дефектами формирования шва, относятся непровары, подрезы, наплывы, прожоги, кратеры, несимметричность расположения угловых швов, уменьшение размеров швов и др.

Возникновение подобных дефектов обычно обусловлено неправильным технологическим процессом, нарушением режимов сварки, неисправностью оборудования, низкой квалификацией исполнителей, некачественной подготовкой и сборкой под сварку элементов конструкции, неточным расположением конца электродов по отношению к свариваемым кромкам, недоступностью места сварки и возникающим из-за этого неудобством выполнения сварочных манипуляций, а также другими причинами, связанными с культурой производства.

Кристаллизационными трещинами, горячими или холодными (ГТ, ХТ), называют макроскопические и микроскопические несплошности, имеющие характер надреза и зарождающиеся в процессе первичной кристаллизации металла сварного шва.

В зависимости от ориентации по отношению к оси шва кристаллизационные трещины бывают продольными и поперечными (см. рис. 1). Продольные трещины могут располагаться по оси шва в месте стыка столбчатых кристаллитов или между соседними кристаллитами, поперечные трещины – между соседними кристаллитами. Иногда наблюдаются дефекты, являющиеся комбинацией продольных и поперечных трещин.

Рисунок 2 – Кристаллизационные трещины в металле шва:

а – продольная; б – поперечная; в — продольная и поперечные

Трещины в подавляющем большинстве случаев являются недопустимым дефектом, так как служат причиной хрупкого, усталостного и коррозионного разрушения конструкции или детали в процессе изготовления или эксплуатации. Кристаллизационные трещины являются одним из основных видов брака при сварке.

При разработке технологии сварки следует учитывать, что стойкость металла шва против кристаллизационных трещин (технологическая прочность металла шва) зависит от следующих факторов:

• величины и скорости нарастания действующих в процессе кристаллизации металла шва растягивающих напряжений;

• химического состава металла шва, определяющего свойства его в период кристаллизации и длительность пребывания в состоянии, характеризуемом пониженной пластичностью;

• формы сварочной ванны, определяющей направление роста столбчатых кристаллитов, характер их смыкания между собой, расположение межкристаллитных участков по отношению к растягивающим напряжениям и характер изменения пластической деформации.

Образование трещин в начале и конце шва обусловлено тем, что нежесткие выводные планки не могут удержать концы листов от расхождения. Радикальной мерой предотвращения таких трещин является надежное закрепление концов свариваемых деталей в приспособлении или увеличение жесткости выводных планок.

Химический состав металла шва оказывает первостепенное влияние на его стойкость против кристаллизационных трещин. Все элементы, входящие в состав металла шва, условно могут быть отнесены к трем основным группам.

Первая группа – элементы, присутствие которых снижает стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. Такие элементы принято называть вредными.

Вторая группа – элементы, которые в зависимости от их сочетания и концентрации оказывают положительное (полезные примеси) или отрицательное (вредные примеси) влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.

Третья группа – элементы, присутствие которых не оказывает влияния на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.

Сера – вредная примесь. Повышение содержания серы в металле шва резко снижает его стойкость против кристаллизационных трещин. Сера практически нерастворима в твердом железе, а поэтому находится в швах на стали в виде неметаллических сульфидных включений. Содержание серы в конструкционных сталях не должно превышать 0,05 %, а обычно составляет 0,03–0,04%.

Фосфор часто оказывает вредное влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и приводит к резкому снижению ударной вязкости металла, особенно при пониженных температурах. Фосфор попадает в металл шва из основного и электродного металлов и из материалов, входящих в состав покрытий и флюсов. В конструкционных углеродистых сталях содержание фосфора допускается не более 0,055%, а в легированных сталях – не более 0,03%. Согласно ГОСТ 2246–70 содержание фосфора в сварочной проволоке не должно превышать 0,04%. В электродное покрытие и флюс фосфор попадает в основном с марганцевой рудой.

Углерод является важнейшим элементом, определяющим структуру и свойства металла шва, его прочность и поведение при эксплуатации. Вместе с тем углерод оказывает резко отрицательное влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.

Кремнийспособствует образованию кристаллизационных трещин в швах на углеродистых сталях. Оптимальное содержание кремния зависит от способа сварки, типа шва и состава основного металла и при сварке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей колеблется в пределах 0,15–0,6%.

Никельпри небольших концентрациях в металле шва не оказывает влияния на стойкость его против возникновения кристаллизационных трещин. Никель является ценным легирующим элементом. Растворяясь в феррите, он повышает прочность и ударную вязкость металла шва при обычных и пониженных температурах при сохранении высокой пластичности.

Марганецуменьшает вредное влияние серы, повышая стойкость шва на углеродистых, низколегированных и хромоникелевых аустенитных сталях против образования кристаллизационных трещин. Марганец является постоянной составляющей стали, и, растворяясь в феррите, он повышает его прочность. Марганец поступает в металл шва из основного и дополнительного металлов, а также из материалов, входящих в состав покрытия или флюса.

Хром, подобно марганцу, уменьшает вредное влияние серы, повышая стойкость швов против образования кристаллизационных трещин.

Кислородповышает стойкость швов против образования кристаллизационных трещин, вызываемых серой. Вместе с тем повышение содержания кислорода снижает ударную вязкость металла шва на углеродистых и низколегированных конструкционных сталях и уменьшает пластичность аустенитных швов.

Дата добавления: 2014-01-05; Просмотров: 3334; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник